Giáo trình Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch

 và các sự kiện được nhóm vào trong một giao dịch. Các 
giao dịch là các đơn vị độc lập và là đơn vị chức năng lớn nhất trong một bản tin. 
 4.4.3 Các ứng dụng của chuyển mạch mềm 
 Một vấn đề rất quan trọng của kiến trúc chuyển mạch mềm là khung làm việc hoặc 
kiến trúc logic có thể ánh xạ vào một số cấu trúc vật lý. Thực tế, chuyển mạch mềm 
thường được sử dụng cho cả mạng PSTN và các mạng di động mặt đất PLMN (Public 
Landline Mobile Network). Trong mục này đưa ra một số kịch bản ứng dụng và giải 
pháp ứng dụng Chuyển mạch mềm đã và đang phát triển trên thế giới cũng như ở Việt 
nam. 
Hình 4.13 : Kiến trúc chuyển mạch mềm ứng dụng trong mạng PSTN 
 Ví dụ chỉ ra trên hình 4.13 là hai ví dụ về kiến trúc chuyển mạch mềm ứng dụng 
trong mạng PSTN. Hình 4.13a chỉ ra kiến trúc vật lý tập trung, chuyển mạch mềm 
trong ví dụ này cung cấp cả chức năng dữ liệu cuộc gọi và điều khiển kênh mang cũng 
như là các chức năng ứng dụng cơ bản như nhận dạng chủ gọi hay hỗ trợ dịch vụ chờ 
cuộc gọi. Cổng đa phương tiện MG và cổng báo hiệu SG đóng vai trò hoạt động tới 
mạng PSTN. Hình 4.13b mô tả kiến trúc phân tán, các chức năng của chuyển mạch 
mềm nằm trong các cổng đa phương tiện chung và các máy chủ đặc tính. Cổng 
phương tiện chung có chức năng của cả cổng phương tiện MG và cổng báo hiệu SG và 
một chuyển mạch mềm trong đó cung cấp chức năng chuyển đổi phương tiện, chuyển 
đổi báo hiệu, điều khiển cuộc gọi và các chức năng định tuyến cơ bản. Định tuyến mức 
dịch vụ được cung cấp bởi các máy chủ đặc tính. Để giảm tải cho cổng phương tiện 
 124 
chung, máy chủ phương tiện (Media Server) được đưa vào để cung cấp các nguồn tài 
nguyên như: Hệ thống thoại tương tác, hội nghị, các thông báo và nhận dạng thoại. 
Trong mạng di dộng mặt đất công cộng PLMN, kiến trúc chuyển mạch mềm 
thường tách trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Switching Center) thành 
hai kiểu node: Máy chủ MSC (MSC-S) và một hoặc một vài cổng đa phương tiện di 
động (M-MGs). Như chỉ ra trên hình 4.14, MSC-S đóng vai trò chuyển mạch mềm và 
chứa báo hiệu điều khiển cuộc gọi và kênh mang của các MSC. MSC-S tương tác với 
các mạng PLMN và PSTN qua cổng báo hiệu SG. Cổng phương tiện di động M-MG 
đảm nhiệm chức năng chuyển mạch cho các luồng dữ liệu đến các mạng PSTN và 
PLMN. Các ứng dụng thực tế được mô tả dưới đây. 
Hình 4.14: Kiến trúc chuyển mạch mềm ứng dụng trong mạng PLMN 
i, Ứng dụng làm cổng báo hiệu SG 
 Ứng dụng này nhằm vào các nhà khai thác dịch vụ thoại cạnh tranh, những doanh 
nghiệp đang tìm kiếm một giải pháp giá thành thấp thay cho chuyển mạch kênh truyền 
thống để cung cấp giao diện tốc độ cơ sở cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) 
phục vụ các đường truy nhập dial-up. Sự bùng nổ truy cập Internet (qua đường dial-
up) và khuynh hướng của các ISP muốn kết nối các Modem Server của họ với các 
luồng trung kế tốc độ cơ sở (PRI –Primary Rate) làm cho các nhà cung cấp dịch vụ 
nhanh chóng cạn hết cổng PRI hiện có. 
Bên cạnh việc làm cạn kiệt các kênh PRI, lưu lượng truy cập Internet qua đường 
dial-up làm quá tải và tắc nghẽn cho mạng chuyển mạch kênh. Bởi vì chuyển mạch 
kênh vốn được thiết kế để phục vụ các cuộc gọi có độ dài trung bình khoảng 3 phút, 
nên khoảng thời gian trung bình tăng thêm do truy cập Internet lớn hơn rất nhiều nên 
có xu hướng làm suy kiệt tài nguyên tổng đài, tăng số lượng cuộc gọi không thành 
công. Và để duy trì chất lượng thoại cho các khách hàng sử dụng dịch vụ điện thoại 
 125 
thực sự, các nhà khai thác phải chọn một trong hai phương án: mua thêm tổng đài, 
hoặc cung cấp cho các ISP các kênh PRI có lưu lượng tải thấp; cả hai phương án này 
đều tương đương nhau về mặt đầu tư. 
Phần bên trái trong hình 4.15 minh hoạ mô hình mạng hiện nay của các nhà khai 
thác tổng đài nội hạt, nó cho thấy các kênh PRI phục vụ thông tin thông thường và 
phục vụ các ISP là như nhau. Và bởi vì phần lớn thuê bao Internet nằm ở phía thiết bị 
của nhà khai thác cấp cao hơn nên phần lớn lưu lượng số liệu từ modem sẽ đi qua các 
kênh kết nối giữa thiết bị của nhà khai thác cấp cao và nhà khai thác cạnh tranh, hơn 
nữa không có sự phân biệt giữa lưu lượng thoại và lưu lượng số liệu Internet, điều đó 
dẫn đến tình trạng chuyển mạch của nhà khai thác cạnh tranh trở thành một “nút cổ 
chai” trên mạng. Modem vẫn sẽ là phương tiện thông dụng để kết nối Internet trong 
một thời gian nữa, thực tế đó đòi hỏi các nhà khai thác tìm ra một giải pháp kinh tế 
cung cấp kênh PRI cho các ISP và chuyển các kênh PRI họ đang dùng cho các khách 
hàng điện thoại truyền thống. 
Hình 4.15: Ứng dụng làm cổng báo hiệu SS7 của chuyển mạch mềm 
 Ứng dụng chuyển mạch mềm làm SG là một trong những giải pháp trong tình 
huống này. Như phần bên phải của hình trên cho thấy, MGC và MG được đặt ở trung 
kế liên tổng đài giữa nhà khai thác cấp cấp và nhà khai thác cạnh tranh. Chuyển mạch 
kênh kết nối với MG bằng giao diện TDM chuẩn còn liên lạc với MGC thông qua báo 
hiệu số 7. Các modem server của ISP vì thế sẽ được chuyển sang kết nối với MG, giải 
phóng các luồng PRI cho chuyển mạch kênh TDM truyền thống. Khi cuộc gọi Internet 
(dial-up) hướng tới ISP từ phía tổng đài cấp cao, nó sẽ đi qua trung kế tới MG rồi 
được định hướng tới ISP từ phía tổng đài cấp cao, nó sẽ đi qua trung kế tới MG rồi 
được định hướng trực tiếp tới modem server mà không qua chuyển mạch kênh như 
trước. Các cuộc gọi thoại vẫn diễn ra như bình thường. Bên cạnh việc cung cấp các 
kênh PRI giá thành thấp, chịu được các cuộc gọi thời gian trung bình lâu hơn so với 
trước đây, ứng dụng SS7 PRI Gateway còn có khả năng cung cấp các dịch vụ mới 
VoIP. 
 126 
ii, Ứng dụng cho tổng đài tandem 
 Ứng dụng Tandem hướng vào các nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống với 
mong muốn giảm vốn đầu tư và chi phí điều hành các tổng đài quá giang chuyển mạch 
kênh hiện nay, ngoài ra còn cung cấp các dịch vụ mới về số liệu. Giải pháp chuyển 
mạch TDM hiện nay đang bộc lộ dần nhược điểm trước nhu cầu ngày càng tăng nhưng 
rất khó dự đoán của lưu lượng thông tin thoại nội hạt (phát sinh do truy nhập Internet). 
 Phần bên trái của hình 4.16 cho thấy một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, 
tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động) được nối với nhau và nối tới tổng đài 
chuyển tiếp cấp cao hơn (lớp 3, 4) bằng một mạng lưới trung kế điểm - điểm khá phức 
tạp. Khi một cuộc gọi diễn ra giữa hai tổng đài cấp thấp, thông tin sẽ đi trên trung kế 
nối trực tiếp giữa hai tổng đài, nếu đường nối trực tiếp đã sử dụng hết, cuộc gọi có thể 
được định tuyến thông qua tổng đài chuyển tiếp. Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập 
dịch vụ thư thoại) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các 
tài nguyên tập trung. Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay, và cũng đã được 
cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn 
như sau: 
 Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao: Trong quá trình cấu hình và nâng cấp 
mạng lưới, do kiến trúc mạng và phương pháp kết nối sự ảnh hưởng tới toàn bộ 
thành phần mạng là không thể tránh khỏi. 
 Các trung kế điểm - điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết 
kế để hoạt động theo vùng địa lý. 
 Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại nối với một 
nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể chuyển qua nhiều tổng đài chuyển 
tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng. 
- 
Hình 4.16: Ứng dụng làm tổng đài Tandem 
 127 
 Chuyển mạch mềm đưa ra giải pháp ứng dụng thay thế tổng đài quá giang như trên 
hình 4.16, phía bên phải cho thấy Chuyển mạch mềm cùng với các MG thay thế chức 
năng của các tổng đài chuyển tiếp chuyển mạch kênh trước đây, các tổng đài nội hạt 
kết nối tới các cổng đa phương tiện bằng giao diện chuẩn TDM thông thường và với 
Chuyển mạch mềm qua hệ thống báo hiệu số 7. 
Mô hình này mạng lại một số lợi ích so với mô hình mạng chuyển mạch kênh: 
 Loại bỏ lưới trung kế hoạt động hiệu suất không cao, thay thế chúng bằng các 
đường dẫn tốc độ cao trong mạng IP/ATM phục cụ cho các cuộc gọi cần chuyển 
tiếp, giảm tải cho các tổng đài chuyển tiếp truyền thống hoặc loại bỏ chúng hoàn 
toàn. 
 Giảm được chi phí vận hành vì giảm được số tổng đài chuyển tiếp, số trung kế ít 
hơn (so với mạng lưới trước đây), và tránh không phải thiết kế các mạch TDM 
phức tạp. 
 Giảm được một số lượng các cổng chuyển mạch dùng cho các trung kế giữa các 
tổng đài nội hạt với nhau. 
 Truy nhập các tài nguyên tập trung một cách hiệu quả hơn. 
 Hợp nhất thông tin thoại và số liệu vào một mạng duy nhất, qua đó giảm vốn đầu tư 
và chi phí so với các mạng riêng biệt hiện nay cho thoại và số liệu. 
iii, Ứng dụng cho mạng VoIP 
 Chuyển mạch mềm là thành tố cơ bản nhất của mạng VoIP, các mô hình mạng ví 
dụ dưới đây nhằm thể hiện rõ vai trò của chuyển mạch mềm trong các kiến trúc mạng 
VoIP. 
Hình 4.17: Mô hình kiến trúc mạng VoIP 
 128 
a. Mạng cố định với trung tâm là mạng VoIP 
Các thực thể trong hình 4.17 gồm MGC, máy chủ ứng dụng AS, cổng trung kế TG, 
cổng truy nhập AG, cổng báo hiệu SG và máy chủ phương tiện MS. Thiết bị chuyển 
mạch mềm MSC trong ví dụ này gồm các chức năng MGC-F, R-F và A-F. MGC kết 
cuối tất cả các báo hiệu bao gồm trực tiếp hoặc truyền tải qua mạng IP và thực hiện 
liên kết báo hiệu. MGC điều khiển cả cổng trung kế TG và cổng truy nhập AG để chỉ 
định các nguồn tài nguyên. MGC cũng thực hiện chức năng nhận thực và định tuyến 
các cuộc gọi trong mạng VoIP và cung cấp các thông tin tính cước. Cuối cùng, MGC 
tương tác với các MGC khác thông qua các giao thức báo hiệu như H.323, SIP hoặc 
BICC. 
Máy chủ ứng dụng chứa các chức năng logic dịch vụ của các ứng dụng. Các cuộc 
gọi yêu cầu các chức năng này có thể được xử lý qua MGC tới AS để điều khiển dịch 
vụ hoặc máy chủ ứng dụng có thể cung cấp các thông tin yêu cầu tới MGC để xử lý. 
Máy chủ ứng dụng có thể điều khiển trực tiếp máy chủ phương tiện MS hoặc thông 
qua MGC. 
 Cổng trung kế kết cuối các luồng kênh thoại từ PSTN, chuyển đổi mã và truyền 
qua mạng IP. Cổng trung kế TG được điều khiển bởi MGC. 
 Máy chủ truy nhập đóng vai trò giao diện giữa mạng IP và mạng cố định hoặc 
di động. AG truyền tải báo hiệu qua mạng IP tới MGC. MG-F của máy chủ truy nhập 
được điều khiển bởi MGC. 
Cổng báo hiệu kết nối báo hiệu PSTN và truyền tải báo hiệu PSTN tới MGC và 
ngược lại. 
 Máy chủ phương tiện MS thực hiện các nhiệm vụ thông báo và thu thập các con số, 
MS được điều khiển bởi cổng điều khiển đa phương tiện MGC, máy chủ ứng dụng 
hoặc cả hai. 
b. Chuyển mạch quá giang qua mạng VoIP 
Mô hình ví dụ trên hình 4.18 chỉ ra ứng dụng chuyển mạch mềm đóng vai trò 
chuyển mạch quá giang qua mạng VoIP, nhằm thay thế các hệ thống chuyển mạch 
kênh lớp 4/5 truyền thống. Cổng báo hiệu SG cung cấp chức năng chuyển đổi báo 
hiệu từ hệ thống báo hiệu số 7 trong mạng PSTN sang giao thức báo hiệu IP và 
truyền tải tới MGC, giao thức chuyển đổi và truyền tải báo hiệu sử dụng trong SG 
là giao thức SIGTRAN. Cổng trung kế TG, được điều khiển bởi MGC, cung cấp 
các kết nối quá giang từ PSTN qua IP tới PSTN. 
 129 
Hình 4.18: Chuyển mạch mềm thay thế chuyển mạch lớp 4 qua mạng IP 
c. Thoại truyền thống qua IP 
 Hình 4.19 chỉ ra mô hình kết nối của điện thoại truyền thống tới PSTN qua 
mạng IP. Đầu cuối điện thoại truyền thống kết nối trực tiếp tới cổng truy nhập AS. 
Cổng truy nhập AS thực hiện chức năng báo hiệu cho đường dây thuê bao và 
chuyển thông tin báo hiệu tới MGC sử dụng giao thức MGCP hoặc 
MEGACO/H.248. MGC điều khiển kết nối báo hiệu tới mạng PSTN thông qua 
cổng báo hiệu SG. AS thực hiện số hóa và đóng gói thông tin thoại và chuyển qua 
miền IP trong gói tin RTP tới PSTN qua cổng trung kế. 
Hình 4.19: Mô hình kết nối điện thoại truyền thống qua mạng IP 
d. Mạng truy nhập V5/ISDN qua IP 
 Mạng truy nhập kết nối qua IP thông qua các cổng truy nhập AS (Hình 4.20). 
AG thực hiện báo hiệu V5 với mạng truy nhập, và chuyển tới MGC sử dụng giao 
thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN. Cổng truy nhập AG đóng gói và chuyển các 
luồng thoại từ mạng truy nhập qua miền IP tới TG. Cổng trung kế TG chuyển đổi 
các gói thoại thành các thông tin số để truyền trên các kênh của miền PSTN. 
 130 
Hình 4.20: Mô hình kết nối mạng truy nhập V5/ISDN qua IP 
 e. Mạng di động qua VoIP 
 Ví dụ trên hình 4.21 chỉ ra mô hình kết nối mạng GSM/3G tới PSTN hoặc 
PLMN qua mạng VoIP. Cổng truy nhập AG kết cuối các báo hiệu phần ứng dụng 
hệ thống trạm cơ sở BSSAP (Base Station System Application Part) trong GSM, 
hoặc phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RANAP (Radio Access Network 
Application Part) trong 3G từ mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access 
Network) qua các giao diện E1/T1/ATM. AG truyền tải các bản tin báo hiệu tới 
máy chủ MSC qua giao thức SIGTRAN. MSC và máy chủ trung tâm chuyển mạch 
cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Centre) cùng mang các chức năng như một 
MGC, bao gồm báo hiệu với PSTN qua SG hoặc tới PLMN qua máy chủ MGSC. Các 
luồng lưu lượng từ RAN kết cuối tại AG, chuyển đổi phương tiện và truyền tới cổng 
trung kế trong các gói tin RTP. 
 Hình 4.21: Mô hình kết nối mạng GSM/3G qua mạng IP 
4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 
 Chương 4 đã trình bày về các vấn đề liên quan tới giải pháp và công nghệ của các 
phương pháp chuyển mạch tiên tiến. Các mô hình hội tụ công nghệ mạng trên nền tảng 
 131 
mạng thế hệ kế tiếp được trình bày trong phần đầu chương nhằm giới thiệu các xu 
hướng công nghệ mạng hiện nay. Các kỹ thuật định tuyến và chuyển mạch trong giải 
pháp công nghệ mạng hiện thời được chỉ ra gồm các kỹ thuật định tuyến trong mạng 
cố định trên hạ tầng công nghệ MPLS/GMPLS. Các giao thức định tuyến trong mạng 
không dây đa bước được đưa ra nhằm giúp Sinh viên nắm bắt rõ hơn các phương pháp 
định tuyến mới trong hạ tầng mạng không dây. Giải pháp chuyển mạch mềm và các 
ứng dụng được đưa ra trong phần cuối nhằm hướng các vấn đề mang tính tổng quát 
của tiếp cận máy chủ cuộc gọi trong mạng thực tiễn hiện nay. 
 132 
Tài liệu tham khảo 
1. TS. Hoàng Minh, ThS. Hoàng Trọng Minh, Giáo trình “Cơ sở kỹ thuật 
chuyển mạch”, nhà xuất bản thông tin và truyền thông, 2009 
2. H.Jonathan Chao, “Broadband packet switching technologies”, John Wiley 
&sons inc, 2002. 
3. Kun I.Pack, “QoS in Packet Network”, The MITE coporation USA, Springer 
2005, ISBN: 0-387-23389-X. 
4. TS.Hoàng Minh, ThS.Nguyễn Kim Quang, “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo 
tổng đài thế hệ sau đa dịch vụ chuyển mạch mềm (Softswitch) và ứng dụng 
vào Việt Nam”, Đề tài NCKH Bộ BCVT, KC.01.22, 2006. 
5. Deepankar Medhi, Karthikeyan Ramasamy, “Network Routing: Algorithms, 
Protocols, and Architectures”, Morgan Kaufmann, 2007. 
6. H.Jonathan Chao and BIN LIU, “High performance switched and routers”, 
JohnWiley & Sons, 2007. 
7. Bruce S. Davie and Adrian Farrel, “MPLS: Next Steps”, Morgan 
Kaufmann, 2008. 
8. G. R. Dattatreya, “Performance Analysis of Queuing and Computer 
Networks”, Chapman & Hall/CRC, 2008.